[Oct 07, 2009]
生物：2009 年諾貝爾生理醫學獎：保護染色體的端粒和端粒酶
編輯 seline 報導
Elizabeth H. Blackburn和Jack W. Szostak發現了染色體末端的端粒（telomeres）能夠保護染色體，之後Carol W. Greider和Elizabeth H. Blackburn則找到了合成端粒的端粒酶（telomerase）。這三位美國科學家在端粒和端粒酶上的重大發現，為他們贏得了今年的諾貝爾生理醫學獎。
其實早在分子生物學尚未發展的1930年代，Hermann Muller（1946年諾貝爾生理醫學獎得主）和Barbara McClintock（1983年諾貝爾生理醫學獎得主）就發現染色體末端有種特殊的構造，似乎具有保護染色體的功能，但當時對其作用機制仍然一無所悉。
1950年代，科學家們開始了解DNA的複製機制，但也面臨了一個無法解決的難題：真核生物的線狀DNA在複製時，由於新的一股DNA只能以5'至3'的方向合成，而且在5'一開始的地方必須有一小段RNA當作引子（primer）。這段引子在複製結束後會被移除，如此一來，每一次細胞分裂後DNA豈不是會越來越短，所攜帶的資訊越來越少（這就是所謂的「end replication problem」）？還好，我們有端粒！
Elizabeth H. Blackburn在研究一種單細胞原生蟲Tetrahymena的染色體時，發現染色體的末端有一段重複的序列「CCCCAA」；當時另一位科學家Jack W. Szostak發現放入酵母菌的線狀質體會隨著時間快速地被降解。在1980年的一場會議上，Blackburn所發表的研究結果促成了她與Szostak的合作。他們把從Tetrahymena純化出的端粒序列「CCCCAA」放在線狀質體的末段，再將這種質體放到酵母菌中，意外地發現這些端粒序列能夠保護線狀質體的完整。端粒序列在跨物種間仍然能夠作用，這說明了這樣的保護機制由來已久，後來科學家也證明了在大部份的動植物染色體末端都有端粒序列的存在。
Carol W. Greider當時是Blackburn的研究生，她們希望能夠找到製造端粒序列的酵素，1984年的聖誕節（這說明了研究生是沒有假期的！），Greider成功地在一種細胞萃取液中發現她們一直尋找的酵素活性，Greider和Blackburn將這種酵素命名為端粒酶，並且發現它由RNA和蛋白質所組成，其RNA序列正是「CCCCAA」，可以當作端粒複製時的模板，而蛋白質的部份則具有反轉錄酶的酵素活性。
許多科學家認為端粒的長度變短是造成細胞和個體老化的原因之一。而癌症細胞則因為有極高的端粒酶活性，所以能夠不斷複製卻又不損及端粒序列；因此治療癌症的一個可行方法就是去除端粒酶的活性，科學家們已經研發出針對高端粒酶活性細胞的疫苗，並且進入臨床試驗階段。有些遺傳性疾病，像是先天再生不良性貧血（congenital aplastic anemia）也和端粒酶有關，患者的骨髓幹細胞無法進行夠多次的細胞分裂，因而造成貧血。
這三位科學家的發現使得我們對染色體複製的機制有了更進一步的認識，對於疾病和可能的治療方式也透露了可能的線索。另外值得一提的是，這是諾貝爾生理醫學獎的第一百組得獎人，同時也是首次有兩位以上的女性獲得同一個諾貝爾獎項。
原始論文：
Szostak JW, Blackburn EH. Cloning yeast telomeres on linear plasmid vectors. Cell 1982; 29:245-255.
Greider CW, Blackburn EH. Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell 1985; 43:405-13.
Greider CW, Blackburn EH. A telomeric sequence in the RNA of Tetrahymena telomerase required for telomere repeat synthesis. Nature 1989; 337:331-7.
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